高速铁路工程无缝线路施工技术高校

第三章高速铁路无缝线路第三节长轨条的焊接

第二节超长无缝线路第四节无缝线路的维修养护

第一节无缝线路结构类型第一节无缝线路结构类型

高速铁路无缝线路结构有两种主要型式：一种是XX铁路所采用的，在单元轨条之间设置一组正反向伸缩调节器；另一种是XX、XX等XX铁路所采用的超长无缝线路。

XX新干线的无缝线路每隔1.5km设置一组正反向钢轨伸缩调节器，并在其间焊联钢轨胶接绝缘接头，在大跨度桥梁及跨度不大、总长较长的桥上更为广泛采用钢轨伸缩调节器，如：XX新干线XX桥、XX桥、XX桥等桥上无缝线路均设置伸缩调节器。

XX新干线也有采用超长无缝线路实例，如：上越新干线棒名隧道内铺设长12981m无缝线路，XX道青森一扎幌间青函隧连长53.85km，无缝线路初步设计方案采取设置伸缩调节器，经技术经济比较得出结论，采用超长无缝线路能获得更高的技术经济效益，因而在青函隧道内铺设一段长53km的无缝线路。

钢轨伸缩调节器EJ（ExpansonJoint）

主要用于无缝线路所跨越的长大连续梁桥上、以及道岔附近。目前在无缝线路采用的EJ包括单向和双向两种。当在跨超过120m的连续梁上铺设无缝线路时，由于梁、轨的材质不同，在温度变化因素作用下的纵向变形也不同，纵向变形受到限制时就会转化为内应力。如果钢轨所承受的内应力与其他各种应力叠加后超过钢轨的容许应力，将会影响到轨道的安全性、稳定性，危及行车安全。解决这一问题的措施之一是铺设钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩调节器平面线型采用的是缓和曲线型。缓和曲线在用于高速铁路时是非常必要的，它可以降低车轮对纵坡的冲击，减小轨道的几何不平顺。

XX和XX高速铁路采用感应式或音频式无绝缘轨道电路，站线的钢轨绝缘接头采用高强度、高韧性胶接绝缘接头，因而较为广泛地采用超长无缝线路。但在大桥上铺设无缝线路仍然设置伸缩调节器，例如：XX高速铁路巴黎一里昂段，从XX至XX就有为较多的预应力混凝土连续梁桥无缝线路设置伸缩调节器。XX高速铁路的XX、XX桥、XX桥设有传力装置或徐变连接器，铺设无缝线路仍采用伸缩调节器。

无缝线路设置伸缩调节器的投资费用较高，且在伸缩调节器范围内轨道平顺性不及超长无缝线路。我国高速铁路无缝线路结构以超长无缝线路作为主要结构型式，但在长大桥上铺设无缝线路，为减少桥梁和轨道所受纵向力，宜设置伸缩调节器。

因遍设缓冲区而使焊接长钢轨的长度限制在1—2km以内的无缝线路。

使焊接长钢轨的长度由普通无缝线路的1—2km延长至两个相邻车站站端道岔之间长度的无缝线路。

使用无缝道系将焊接长钢轨穿越车站道系，从而使一条焊接长钢轨将多个区间无缝线路连接成一体的无缝线路。概念区分超长无缝线路是跨区间无缝线路和全区间无缝线路的统称第二节超长无缝线路普通无缝线路区间无缝线路跨区间无缝线路

高速、重载是铁路现代化的重要标志，超长无缝线路的发展则是现代化铁路强化轨道结构的客观需要。采用强度高、绝缘性能好、使用寿命长的胶接绝缘接头和道岔的无缝化是发展超长无缝线路必须掌握的关键技术。

优越性1、彻底地实现了线路的无缝化，全面地提高了线路的平顺性和整体强度。

无缝道岔指的是道岔自身钢轨接头的焊接、胶接或冻结，以及道岔两端钢轨与连接轨的焊联。无缝道岔钢轨在温度力作用下力的传递与分布规律，是无缝道岔设计的理论基础。2．超长无缝线路取消了缓冲区及钢轨接头，因而钢轨部件的损耗率和维修工作量得以进一步减少。3．超长无缝线路没有伸缩区，伸缩区因过量伸缩而不能复位时产生的温度力峰，都随之消失，有利于轨道的稳定和维修管理。

5．无缝道岔为道岔实现上部准、下部稳的整体稳固状态打下了基础。

时速120km以上的区段铺设了12号提速道岔；时速160km以上、200km及以下的区段铺设了12号或18号可动心轨道岔。岔枕以混凝土岔枕、弹条扣件为主；尖轨在弹性可弯中心之前设限位器，之后设分布的间隔铁；可动心轨辙叉采用了长翼轨；固定型辙叉前后趾4个接头采用了高强度冻结接头；锁闭方式改用了利于调整错位的外锁闭。

6．超长无缝线路及无缝道岔的绝缘接头一律采用胶接绝缘接头。

冻结接头和胶结绝缘接头1、冻结接头利用钢轨轨腔上下颚两个张口斜面，将夹板上下面也加工成同样斜度的斜面，然后使用10.9级高强度专用大六角螺栓，利用1.3～1.4kN·m紧固扭矩，产生较大的接头阻力，实现钢轨接头的有效冻结。

冻结接头夹板采用B7钢制作，在工厂专用模具内将钢轨胶结绝缘材料和夹板胶结在一起，到现场组装使用，减少了养护维修成本和养护维修工作量。

经测试，最大接头阻力为1300kN，远远超过一般钢轨接头阻力600kN，冻结效果良好。2、胶接绝缘接头

无缝线路的有绝缘轨道电路和无缝道岔的绝缘接头必须采用胶接绝缘接头。这类接头分为胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板。胶接绝缘钢轨和胶接绝缘夹板均采用特制夹板和绝缘胶板由工厂按各自的工艺制成。胶接绝缘钢轨与长轨条和无缝道岔钢轨的联接采用焊接。

钢轨胶接绝缘材料以热胶为主，大多数采取工厂生产。胶接绝缘接头由以下部件组成：钢轨、全断面夹板、绝缘胶板、绝缘套管、绝缘端板、高强度螺栓、平垫圈，经加温、加压固化而成。

控制温度是保证胶接质量的关键。

XX胶接轨厂自行研制了用远红外线加热板的加温箱，箱温通过控制箱调节，轨温的升降通过热敏温度计监测，效果良好。它有以下优点：

1．能对加温温度实行有效控制，根据气温变化，可调整加温温度，一次加温不到位可再次加温。

2．钢轨、夹板可同时在加温箱内加温，两者温度一致，可保证胶接质量。

3．在胶接时，可以从容地进行胶接部件的组装，不必担心温度下降而紧张操作。一旦胶接温度低于规定值，可在组装后再度升温，以确保胶接质量。

4．工艺简单，操作容易，可降低成本。１、钢轨

通常使用2根各长3.25m全长淬火轨，硬度达到320—340HB，为防止钢轨胶接绝缘接头运营时产生轨顶肥边，胶接端的轨顶必须按2x45°倒棱，钢轨外观平直，用1m直尺检查，轨顶不平顺不超过0～十0.2mm，轨头侧面不平顺不超过±0.2mm。2．胶层

钢轨胶接绝缘材料拟采用热胶槽板，在工厂制成成品，要求槽板截面尺寸如图所示：3．全断面夹板的设计需考虑以下要求：(])按照胶层固化后的厚度，预留夹板与钢轨之间的间隙；(2)增大夹板竖向刚度，以减小列车荷载作用下胶接绝缘接头的挠度；(3)几何尺寸尽可能对称，便于轧制加工和热处理；(4)按照轨道电路的要求，全断面夹板外形设计还应给扣件安装留有必要的空间

4．紧固件选用小扭矩系数Ｋ的高强度螺栓，当螺栓公称直径Ｄ、螺栓扭力矩M一定，螺栓张力Ｐ与扭矩系数Ｋ成反比：

选用小扭矩系数高强度螺栓可提高螺栓张力，使胶接钢轨绝缘接头获得良好紧固效果。

５、技术性能

近几年来，我国在吸收美国3M公司和Allegheny公司钢轨胶接绝缘接头技术的基础上，在生产工艺上作了改进，从而使我国钢轨胶接绝缘接头整体剪切和疲劳寿命的检验值达到了国际先进水平。目前我国在干线上铺设的钢轨胶接绝缘接头数量已超过1．5万个。有的区段累积通过总重超过400Mt，未发生破损和绝缘失效。今后在高速铁路上的应用能够满足使用要求。

二、纵向力的测定纵向力检测的方法，大致可分为两类，一类是应变法，一类是应力法。应变法１、观测桩法观测桩法是应变法的一种，是在长轨条铺设之前，先期按长轨条设计位置，即普通无缝两端、伸缩区终点、长轨条中点及距伸缩区终点100m处的路肩上埋设5—7对位移观测值，使用光学准直仪和对中器来进行观测．在跨区间无缝线路上，单元长钢轨位移观测桩的设置如图所示。

当长轨条铺设锁定之后，立即在与观测桩相对应的钢轨上做好标记，作为观测钢轨爬行的观测点。２、三测三标法测标三法是三标定三轨长三法的三演进三，它三克服三了钢三轨与三普通三钢尺三的线三胀缩三系数三差异三、测三尺的三差和三其它三人为三误差三等缺三点。在焊三轨厂三的配三轨车三间，三对处三于自三由状三态的25三m标准三轨设三标距三为24三m，测三标是三打在三轨头三非工三作边三侧面三，直三径不三大于0.三5m三m的冲三眼，三然后三将设三标轨三焊于三长轨三条中三，每25三0m设测三标一三组。三现场三铺设三后，三仍用三原设三标钢三尺或三经检三验的三钢尺三，检三测施三工锁三定轨三温。三当轨三温变三化到T时，三测定24三m的尺三长与三钢轨三标距三之差三，可三视作三钢轨三未实三现的三伸长三量，三同理三可计三算得三锁定三轨温三。应力三法钢轨三锁定三轨温三是零三应力三轨温三，那三末通三过检三测钢三轨中三的温三度应三力即三可监三控锁三定轨三温的三情况三。目前三，如三何能三直接三准确三测量三钢轨三温度三应力三，仍三然是三个技三术难三题，三各种三直接三检测三温度三力的三仪器三设备三，至三今仍三很少三能达三到实三用水三平。三因此三，应三力法三检测三锁定三轨温三，尚三未进三入阶三段。跨区三间无三缝线三路纵三向力三（温三度力三）的三调整一、三应力三放散超长三无缝三线路三因取三消了三缓冲三区，三因而三应力三放散三时，三不可三能通三过更三换不三同长三度的三缓冲三轨来三补偿三无缝三线路三的放三散量三，只三能锯三切钢三轨，三预留“开口三量”，采三用液三压钢三轨拉三伸器三张拉三钢轨三和撞三轨实三现应三力放三散。为达三到放三散均三匀、三彻底三，要三求张三拉钢三轨时三，必三须将三长轨三条搁三置在三滚筒三上，三并每三隔10三0m设置三钢轨三纵向三位移三观测三标记三，测三量放三散量三。当三液压三拉伸三器张三拉钢三轨达三到计三划放三散量三时，三立即三拆除三滚筒三，拧三紧扣三件。三与此三同时三，在三钢轨三锯切三处用三铝热三焊焊三联钢三轨，三因而三锯切三钢轨三还应三考虑三铝热三焊的三预留三焊缝三。我国三采用三的是三结合三大修三的时三候进三行。步骤三：１、三先将２０三０m或４三００m的长三轨条三由运三轨小三车运三到线三路两三边。２、三长轨三条在三现场三实地三焊接三成需三要的三有限三长的三长轨三条。３、三焊好三长轨三条后三，封三锁线三路（三开天三窗）三，用三换轨三车来三完成三旧钢三轨的三转移三和新三轨条三的搬三入。４、三锁定三。移动三式气三压焊三、铝三热焊一、三普通三无缝三线路三的铺三设第三三节三长轨三条的三焊接二、三跨区三间无三缝线三路的三铺设连入铺设法铺设作业轨温与设计锁定轨温范围相符合时，所采用的铺设方法。跨区间或区间无缝线路采用连入铺设法时，本次正要铺设的单元长钢轨的锁定和上次已铺设的单元长钢轨的焊连同时完成，因此又叫“一步法”。插入铺设法在任意轨温下施工。本次铺设的单元长钢轨的锁定与上次已铺单元长钢轨的焊连分别进行，因此又叫“两步法”每个三作业三时间三内完三成铺三设的三长钢三轨的三的长三度单元三长钢三轨连入铺设法施工质量：温度力分布均匀。施工天窗：时间较长。施工季节性：适宜春、秋季，轨温状态稳定，容易获得适宜的施工天窗。插入铺设法施工质量：温度力分布不均。施工天窗：总时间加长，行车也大为干扰。施工季节性：夏、冬两季。连入三法和三插入三法的三比较长钢三轨焊三接工三艺移动三式气三压焊电接三触焊铝热三焊质量三好，三现场三焊质量三好，三厂焊质量三差，三现场三联合接三头、三原位三焊复三法专用三设备：压三机、三加热三器、三直轨三机。通用三设备：氧三化瓶三、乙三炔、三液化三石油三器瓶三、减三压器三。冷却三设备三：冷却三水泵三、液三压设三备、三油泵三。气压三焊接三缺陷三的原三因及三防治钢轨三的焊三接，三有时三会产三生外三形或三内在三的缺三陷。一、三外形三缺陷三外三形缺三陷主三要有三：前三后不三直，三如硬三弯、三错牙三、扭三曲等三；打三磨不三平，三如不三圆顺三、打三磨过三量、三打磨三欠量三等。三外三形缺三陷产三生的三原因三有二三：(1三)挑选三钢轨三不严三，使三对接三钢轨三断面三的尺三寸误三差大三于规三定标三准，三或对三接时三未严三格执三行工三艺要三求，三对接三时形三成较三大偏三差。(2三)对锉三头、三打磨三、调三直的三工艺三掌握三不严三，没三有达三到规三定标三准。二、三内在三缺陷三内三在缺三陷主三要有三：光三斑、三过烧三、凹三陷等三。1．光三斑光斑三属未三焊透三现象三，它三是常三见的三一种三缺陷三。光三斑处三手感三光滑三，呈三银灰三色，三焊道三出现三光斑三的钢三轨抗三冲击三性能三显著三下降三。另三一种三光斑三呈半三焊接三状，三其断三面呈三灰色三，手三感不三光滑三，且三有一三定强三度。三产生三光斑三的原三因如三下：(1三)钢轨三端面三处理三不洁三，或三受油三、烟三、水三、尘三、锈三污染三；(2三)顶锻三力不三足或三过大三，顶三锻与三加热三温度三配合三不当三等；(3三)加热三器火三孔不三标准三或摆三动偏三移，三以致三加热三不均三匀；(4三)火焰三使用三不当三，有三烟或三氧化三火焰三；(5三)火孔三受堵三，气三流不三正常三或不三稳定三，或三气体三中含三有杂三质；(6三)对接三的钢三轨材三质不三同。2．过三烧过烧三多出三现在三轨底三两脚三，严三重者三可烧三穿。三其外三形呈三裂缝三或蜂三窝状三，重三者可三目视三分辨三，轻三者用三放大三镜观三察。三轨脚三处产三生缺三陷，三将使三钢轨三强度三显著三降低三。其成三因如三下：(1三)加热三器局三部火三孔扩三大，三超出三标准三；(2三)加热三器安三装不三正，三加热三时间三过长三；(3三)火焰三气流三调节三不当三，形三成气三化性三火焰三或气三体压三力过三大。3．轨三底脚三凹陷三轨三底凹三陷既三影响三外观三又影三响强三度。三产生三的原三因如三下：(1三)加热三时间三过长三；(2三)加热三器位三置不三正，三或火三孔不三正常三；(3三)对接三时钢三轨不三平直三，原三钢轨三有低三头未三经调三直。4．其三他缺三陷三如三热裂三、气三孔、三切亏三、横三纹、三焊道三晶粒三粗大三等。三产生三原因三如下三：(1)工艺三不严三格，三打磨三操作三不当三等；(2三)加热三温度三高、三时间三长，三加热三器位三置不三正，三或火三孔不三正常三；(3三)正火三工艺三掌握三不严三，如三时间三不正三常、三正火三温度三过高三或未三达变三态温三度就三进行三了正三火等接触三焊接三缺陷三形成三的原三因一、三几何三形状三不良机械三磨损三、安三装不三正、三支承三轨不三平、三焊机三刚度三不足三因顶三锻而三变形三、顶三锻力三不在三同一三轴线三上、三导轨三松弛三等，三均有三导致三接头三几何三形状三不良三的可三能。二、三未焊三透1．钢三轨预三热温三度不三够；2．连三续闪三光过三程不三稳定三；3．顶三锻速三度过三低或三顶锻三时断三电过三早；4．顶三锻力三不足三或顶三锻时三钢轨三在钳三口内三有滑三动5．变三压器三的级三数过三高。三、三夹三渣闪光三过程三不稳三定、三烧化三不够三、顶三锻力三不足三或速三度过三低，三均有三导致三焊缝三夹渣三的可三能。四、三过烧三或局三部烧三伤加热三过量三、焊三接时三间过三长、三有电三流顶三锻时三间太三长，三均能三导致三过烧三。局部三烧伤三多发三生在三钢轨三与电三极接三触的三部位三，尤三其轨三底容三易烧三伤。三形成三的原三因是三：电三极清三扫不三彻底三、有三残渣三残留三、电三极磨三损不三均匀三、钢三轨打三磨不三平、三夹紧三力不三足等三，导三致接三触不三良，三接触三电阻三增大三，以三致局三部烧三伤。五、三无光三泽斑三点无光三泽斑三点是三常见三缺陷三，它三严重三影响三焊接三强度三。在三焊接三过程三中，三顶锻三力过三小、三闪光三过程三中产三生的三火坑三不能三封闭三、连三续闪三光过三程不三正常三、空三气侵三入而三氧化三或火三口过三大引三起氧三化等三，都三能导三致这三类缺三陷的三形成三。六、三疏松疏松三一般三发生三在焊三缝两三边1－2m三m的半三熔化三区。三钢轨三加热三过量三、焊三接时三间过三长、三高温三加热三区过三宽等三。铝热三焊连三入焊三接（只三有移三动式三气压三焊的70三%热量三）采用三铝热三焊连三入焊三接，三也要三区分三三种三不同三的施三工过三程中三的轨三温情三况。a．施三工过三程中三轨温三比较三稳定预留三轨缝三宁小三勿大三。新三钢轨三拨入三后，三先锁三定轨三端25三m，然三后将三轨端三多余三的长三度锯三掉，三准备三焊接三。b．在三升温三情况三下进三行连三入焊三接施工三过程三中，三轨温三处于三上升三阶段三，此三时预三留轨三缝值三可以三稍大三一些三。新三轨拨三入后三，轨三端25三m一段三锁定三。若三预留三轨缝三过大三，可三用撞三轨法三调整三，然三后进三行铝三热焊三。c．在三降温三情况三下连三入焊施工三过程三中，三预留三轨缝三值可三稍小三些。三用拉三伸机三拉伸三到位三，并三在保三压状三态下三进行三施焊三。线路三的养三护维三修，三坚持三预防三为主三，修养三并重三的原三则，三贯彻三状态三修的三方针三，采取三大型三养路三机械三综合三维修+季节三性重点三工作+临时三补修三的维三修管三理模三式。第四三节三无三缝线三路养三护维三修管三理一、三轨道三动静三态检三测轨道三质量三的检三测，三其主三要内三容包三括轨三道整三体状三态和三轨道三零部三件状三态。轨道三整体三状态三主要三是指三轨道三几何三尺寸三，如三轨距三、水三平及三三角三坑、三方向三、高三低。轨道三零部三件主三要是三钢轨三状态三，包三括轨三头磨三耗、三轮廓三尺寸三、轨三面短三波不三平顺(波磨三和接三头不三平顺)以及三轨头三内部三核伤三和外三表伤三损等三。轨道三检测三按检三测时三的工三况分三为静三态检三测和三动态三检测三。静态三检测三沿用三于手三工检三测工三具进三行；三而动三态检三测则三以轨三道检三测车三，波三磨测三量车三或钢三轨探三伤车三对轨三道几三何尺三寸，三钢轨三波磨三以及三钢轨三伤损三等定三期对三轨道三检测三。在跨三区间三无缝三线路三上，三应充三分利三用动三态检三测手三段指三导状三态修三。利三用好三轨道三检测三车的三检查三结果三，变三昔日三的检三前修三为检三后修三。轨三道动三态检三测较三静态三检测三内容三更全三面，三结果三更真三实有三效地三指导三现场三的维三修工三作。二、三胀轨三跑道三及钢三轨折三断的三预防三与处三理1、预三防胀三轨的三主要三措施遵循三“一准三、二三清、三三测三、四三不超三、五三不走”的三原则一准：准三确掌三握实三际锁三定轨三温。二清：综三合维三修、三成段三保养三作业三半日三一清三，零三星保三养、三临时三补修三一撬三一清三。三测；作三业前三、作三业中三、作三业后三测量三轨温三。四不三超：作三业不三超温三，扒三碴不三超长三，起三道不三超高三，拨三道不三超量五不三走：拔三开道三床不三回填三不走三；作三业后三道床三未夯三拍不三走；三未组三织回三检不三走；三线路三质量三未达三到作三业标三准不三走；三发生三异常三情况三未处三理好三不走2、胀三轨跑三道的三处理无论三作业三中或三作业三后，三发现三线路三轨向三不良三，用10三m弦测三量两三股钢三轨的三轨向三偏差三，当三偏差三矢度三平均三值达三到10三mm时，三必须三设置三慢行三信号三，并三采取三夯拍三道床三、填三满枕三盒道三碴和三堆高三碴肩三等措三施。当两三股钢三轨的三轨向三偏差三平均三值达三到12三mm，在三轨温三不变三情况三下，三过车三后线三路弯三曲变三形突三然扩三大，三必须三立即三设置三停车三信号三，及三时通三知车三站，三并采三取钢三轨降三温等三紧急三措施三，消三除故三障后三放行三列车三。发生三胀轨三跑道三后，三可采三取浇三水或三喷洒三液态三二氧三化碳三的办三法降三低钢三轨温三度。轨温三降低三后方三可拨三道。曲线三地段三拨道三只能三上挑三，不三宜下三压。三拨道三后必三须夯三拍道三床，三限速三放行三列车三，并三派专三人看三守，三待轨三温降三至接三近锁三定轨三温时三，再三整正三线路三和恢三复正三常行三车速三度。无缝三线路三发生三胀轨三跑道三时，三应对三胀轨三跑道三情况三做好三登记三。2、钢三轨折三断修三复目前三我国三无缝三线路三钢轨三折断三修复三沿用三紧急三处理—临时三处理—永久三性修三复的三模式三。通常三经探三伤检三查发三现重三伤，三养护三单位三为确三保安三全，三多采三取临三时处三理，三即锯三切钢三轨破三损部三分，三插入三不短三于4．5m长的三同类三型钢三轨，三用接三头夹三板、M2三4、10三.9三S级螺三栓拧三紧，三在短三轨两三端各50三m范围三内拧三紧扣三件。在高三速铁三路上三不可三能想三像仍三采用三这种三插入三短钢三轨进三行临三时修三复。欧洲三、XX高速三铁路三上推三广采三用“原位三焊复”。所谓“原位三焊复”是对三伤损三钢轨三进行三永久三性修三复的三一种三新方三法，三当轨三温低三于实三际锁三定轨三温，三发现三钢轨三重伤三或折三断，三锯切三伤损三钢轨三，插三入短三轨